[천문학 칼럼 394회] 힉스입자의 허구에 대하여 7편

우주에 관한 왜곡된 정보는 인류사회에 공포와 허무감을 조성하며 막대한 경제적 피해를 끼친다. 그 왜곡된 정보는 과학이라는 명분으로 잘 포장되어 언론을 통해 유포되며, 인류에게 공포와 허무감을 줄뿐만 아니라, 45조원 이상의 막대한 경제적 피해까지 끼치고 있는 것이다. 아울러 그 왜곡된 정보의 비과학적 실체를 밝히는 것은, 인류문명의 완성을 위해 매우 중요하다.
디지털타임스에 다음과 같은 기사가 실렸다.

“힉스입자가 소립자에 질량 부여”
2013년 11월 28일 디지털타임스

CERN 연구진, LHC 양성자 붕괴 순간 실험으로 입증 

LHC에서 양성자 충돌로 생긴 힉스입자가 붕괴되는 흔적이 검출기에 포 착된 모습. 붉은 선과 푸른 선은 각각 2개의 타우입자가 전자와 뮤온으로 붕괴됨을 의미한다. 사진=유럽입자물리연구소 제공
지난해 `신의 입자'로 불리는 힉스입자를 찾아낸 과학자들이 힉스입자가 실제로 만물을 이루는 모든 소립자에 질량을 부여한다는 사실을 처음 실험적으로 입증했다.유럽입자물리연구소(CERN) 연구진은 거대강입자충돌기(LHC)에서 양성자 뭉치가 충돌해 힉스입자가 생성됐다 순식간에 붕괴되면서 페르미온의 일종인 타우입자 2개로 붕괴된다는 사실을 처음 확인했다고 27일(스위스 현지시간) 발표했다.힘을 매개하는 소립자들(보존)이 힉스입자 붕괴로 만들어진다는 것은 포착됐지만 물질 자체를 이루는 소립자(페르미온)도 직접 생긴다는 것은 이번에 처음 관찰됐다. 이는 보존뿐만 아니라 페르미온도 힉스입자를 통해 질량을 부여받는다는 사실을 시사한다.물리학자들은 세상 모든 물질이 6종류의 쿼크와 6종의 렙톤(전자, 뮤온, 타우, 중성미자 3종)으로 구분되는 소립자인 페르미온으로 이뤄졌다고 본다. 여기에 자기력ㆍ핵력 등의 힘을 전달하는 매개입자인 보존 4종류(광자, 글루온 등)가 더 있다고 해석한다. 이를 설명하는 이론이 표준모형이고, 힉스입자 발견으로 표준모형이 옳다는 사실이 입증됐다.힉스입자는 LHC 내에서 찰나만 존재하다 여러 형태로 붕괴되는데 LHC 연구진은 지금까지 광자나 W보존, Z보존 쌍으로 붕괴되는 3가지 경로는 관측했다. 이들은 모두 힘을 매개하는 보존이다. 이번에 데이터를 면밀히 분석하는 과정에서 힉스입자가 페르미온의 일종인 타우입자 두 개로 붕괴된 후 또다른 페르미온인 전자와 뮤온으로 붕괴된 흔적을 찾아냈다.CERN 연구자들은 "이번 결과는 힉스가 보존뿐만 아니라 페르미온으로도 붕괴된다는 표준모형의 예측에 정확히 맞아 떨어진다"고 설명했다.

기사내용에 대한 진실:

2,369. 기사는 다음과 같이 주장한다.
힘을 매개하는 소립자들(보존)이 힉스입자 붕괴로 만들어진다는 것은 포착됐지만 물질 자체를 이루는 소립자(페르미온)도 직접 생긴다는 것은 이번에 처음 관찰됐다. 이는 보존뿐만 아니라 페르미온도 힉스입자를 통해 질량을 부여받는다는 사실을 시사한다.
- 참으로 황당한 주장이다.
그럼 힉스입자 질량보다 큰 톱 쿼크에게는 어떻게 질량을 부여할 수 있었는가?
톱 쿼크의 질량은 힉스입자보다 훨씬 더 크다.
톱 쿼크의 질량이 175GeV인 반면에, 힉스입자의 질량은 125GeV인 것이다.
그럼 힉스입자가 어떻게 자기 몸무게보다 더 무거운 톱 쿼크에게 질량을 나눠주었는가?
이를 물리적 증거로 답변할 수 있는가?

2,370. 모든 입자는 붕괴될 때 질량이 작은 입자 순위로 해체된다.
양성자는 반양성자와 충돌하면서 분해되는데, 다음과 같은 단계를 걸쳐 완전 분해된다.
첫 번째 단계에서는 π중간자들로 분해되는데, 중간자는 스핀이 1/2인 쿼크q와 반입자(反粒子)인 반쿼크 가 결합되어 있는 상태이다.
두 번째 단계에서 μ중간자는 전자들로 분해된다. 세 번째 단계에서 전자는 중성미자-반중성미자로 분해된다.
네 번째 단계에서 중성미자는 광자로 분해된다. 
다섯 번째 단계에서 광자는 완전 분해되어 원-입자로 돌아간다.
이는 원-입자들이 결합하여 광자가 되고, 그 광자들이 결합하여 중성미자가 되고, 그 중성미자들이 결합하여 전자가 되고, 그 전자들이 결합하여 쿼크가 되고, 그 쿼크들이 결합하여 양성자가 되었다는 증거이다. 여기에 힉스입자는 없다. 이 진실을 물리적 증거로 반론할 수 있는가?

2,371. 빅뱅 때 힉스입자가 기본입자들에 모든 질량을 부여했다고 한다.
그럼 힉스입자는 그 질량을 어디서 얻었는가?
빅뱅 때 힉스입자로부터 질량을 부여 받았다는 기본입자들은 텅 빈 박스와 같았다고 한다. 그럼 그 빈-박스의 기본입자들은 어떻게 생겨났으며, 그 기본입자들이 만들어진 재료는 무엇인가?
힉스입자가 부여한 질량을 짊어지고 광속을 초월하는 인플레이션 팽창을 했다는 것을, 물리적 증거로 증명할 수 있는가?
이 질문들에 물리적 증거로 답변할 과학자는 지구상에 존재하지 않는다.
빅뱅 전 오늘의 우주에 존재하는 총 질량을 가진 ‘힉스바다’가 존재했다면, 그 질량이 가진 중력도 존재했다는 것이다. 천체의 질량은 곧 중력을 동반하기 때문이다.
아울러 힉스바다의 중력이 집중된 곳은 빛조차 빠져나올 수 없는 블랙홀이 된다.
블랙홀은 중력이 집중되며 극대화된 곳에서 생긴다.
그래서 은하의 중력이 집중되는 곳에 블랙홀이 있다.
오늘의 우주에 존재하는 총질량을 가진 힉스바다가 존재했다면, 그 중력이 집중되는 곳에 빛조차 빠져 나올 수 없는 블랙홀이 생겼을 것이고, 그 블랙홀의 질량은 오늘의 우주에 존재하는 수많은 블랙홀이 가진 질량을 모두 합한 것보다 더 커야 한다.
즉, 초대형이라는 말로도 부족할 정도의 엄청난 블랙홀이 생기게 되는 것이다.
태양보다 무거운 질량을 가진 천체의 중력은 원자를 붕괴시켜 중성자별을 만들고, 그보다 더 무거운 질량을 가진 천체의 중력은 중성자마저도 붕괴시켜 블랙홀을 만든다.
그런즉, 힉스바다가 존재했다면 그 중력이 집중되는 블랙홀에서는 기본입자들이 생겨날 수 없다. 오늘의 우주가 생겨날 수 없는 것이다.
이 진실을 물리적 증거로 반론할 수 있는가?

2,372. 힉스입자 이론대로라면 지금의 우주에서 수소가 절대 생성되어서는 안 된다.
하지만 지금도 우주에서는 수소가 폭발적으로 생성된다.
지금도 우주에서 수소가 폭발적으로 생성되고 있다는 사실은 새로운 이론이나 학설이 아니라, 실제 우주에 존재하는 것으로서 전파망원경으로 관측할 수 있는 물리적 증거이다.
별은 수소로 대부분 이루어진 구름-성운이 수백억 배로 압축되면서 생성된다.
그런즉, 우주에는 한해에 수천 개의 별들을 동시다발적으로 생성하는 은하들이 있다.
그러니 그 은하들은 수백억 배로 수축되며 작아져야 한다.
하지만 오히려 그 은하들은 매우 빠른 속도로 확장되고 있다.
그 은하들을 둘러싼 수소가 폭발적으로 생성되며 확산되고 있기 때문이다.
이는 전파망원경을 통해 관측-확인되는 진실이다.

위 사진에서 흰색 은하의 주변을 둘러싼 푸른색의 수소가 왼쪽으로 길게 뻗어 있다. 이는 은하 주변에서 중성수소(푸른색)가 생성되며 형성된 것이다.
전기적으로 중성상태의 수소를 중성수소라고 하는데, 우주에서 수소가 처음 생성될 때에는 전기적으로 중성상태인 것이다.
이 중성수소는 가시광선에서 확인되지 않기 때문에, 전파망원경을 통해 관측할 수 있다.
우주의 모든 물체는 다양한 파장의 전자기파를 방출하는데, 우리가 눈으로 볼 수 있는 전자기파를 가시광선이라 한다. 그 밖에 가시광선보다 파장이 짧은 자외선이나 X선, 감마선 등은 눈으로 볼 수 없다.

위 그림에서 보여 주듯이 가시광선보다 파장이 짧거나 긴 전자기파는 눈으로 확인할 수 없다. 그런즉, 눈에 보이는 것만이 진실이 아니다.
우주에서 초신성이 폭발하거나 천체들이 충돌하는 등의 사건이 발생할 때, 가시광선뿐만 아니라 X 선, 전파 등 다양한 파장의 전자기파가 발생된다. 때문에 우주에서 오는 전파들은 우주 도처에서 발생하는 다양한 사건들의 정보를 갖고 있다. 우리는 흔히 전파를 통신수단으로 생각하는데, 실제로 우주에서 오는 전파에는 많은 진실을 기록한 정보들이 담겨 있는 것이다. 그러므로 전파망원경을 통해, 우주의 많은 진실을 확인할 수 있다.

위 이미지에서 보는 것처럼 가시광선 대역에서는 보이지 않던 중성수소영역이, 전파망원경으로 확인이 된다. 이 은하에서는 새로 태어난 많은 별들이 확인되었다.
은하에 젊은 별들이 많이 생성된다는 것은 곧 그 별들을 생성할 재료가 많다는 것이다. 별의 생성은 일반적으로 중성수소 가스의 양에 비례한다. 때문에 나선은하나 불규칙은하는 중성수소가 차지하는 질량의 비중이 수십 퍼센트 이상 된다. 반면에 별을 생성하지 못하는 타원은하에는 중성수소 가스가 거의 없다. 그래서 대부분의 타원은하는 젊은 별들이 없고 오래된 별만 있는 것이다. 우주에는 나선은하, 타원은하, 불규칙은하 등이 존재하는데, 수소는 타원은하처럼 궤도가 닫혀 있는 은하에서는 생성될 수 없기 때문이다.

위 이미지는 수소가 생성되는 나선은하, 불규칙은하와, 수소를 생성하지 못하는 타원은하의 모습을 상징적으로 비교하여 보여주고 있다. 수소는 불규칙은하들에서 폭발적으로 생성되는데, 이 은하들도 궤도가 형성되면 수소 생성량이 줄어들게 된다. 그래서 불규칙은하에서 별들이 폭발적으로 생성되는 반면에, 나선은하에서는 별 생성이 감소되는 것이다.

위 사진(EST제공)은 중성수소 구름에 둘러싸인 신생-불규칙은하의 모습이다. 사진에서 가운데 흰색의 천체는 가시광선에서 관측된 영상이고, 푸른색의 중성수소영역은 전파망원경으로 관측된 영상이다. 그런즉, 가시광선으로 보면 이 신생불규칙은하는 지극히 작은 은하에 불과하다.
하지만 전파망원경으로 관측하면 거대한 수소원자 구름이 확인되는 것이다.
사진의 중심에 보이는 은하의 지름은 약 6천 광년인데 비해, 그 주위에 퍼져있는 중성수소의 지름은 4만 광년 정도이다.
아울러 이 중성수소는 매우 빠른 속도로 확산되고 있다. 수소가 폭발적으로 생성되고 있기 때문에, 수많은 별들을 동시에 폭발적으로 생성하면서도 수축되는 것이 아니라, 오히려 매우 빠른 속도로 확산되고 있는 것이다.
별은 대부분의 수소로 이루어진 구름-성운이, 중력에 의해 수백억 배로 압축되며 생성된다. 이는 야구장 크기의 솜덩이가 야구공보다 작게 압축되는 것과 같다.

위 이미지는 수소로 대부분 이루어진 성운이 중력에 의해 압축되며, 중심부에 고밀도의 별이 잉태되는 모습을 상징적으로 보여주고 있다.

위 이미지는 대부분의 수소로 이루어진 성운이 중력에 의해 수축되며 밀도를 높여, 별을 생성하는 모습을 상징적으로 보여주고 있다.

위 이미지는 별이 탄생하는 모습인데, 이 별은 대부분의 수소로 이루어진 성운이 수백억 배로 수축되며 생성된다. 그런즉, 별을 생성하는 은하가 수소를 생성하지 못한다면, 그 은하는 수백억 배 이상으로 수축되며 줄어들어야 한다. 야구장 크기의 솜덩이가 야구공보다 작게 압축되면서 줄어들 듯이 말이다. 하지만 우주에 줄어드는 은하가 존재하지 않는다. 수많은 별들을 동시다발적으로 생성하는 은하들은 수축되는 것이 아니라, 오히려 빠른 속도로 확산되고 있다. 그 은하들은 중성수소를 폭발적으로 생성하면서, 매우 빠른 속도로 확산되고 있는 것이다. 그런즉, 빅뱅론, 힉스입자이론과 달리 지금도 우주에서 수소가 폭발적으로 생성되고 있다는 사실은 새로운 이론이나 학설이 아니라, 실제 우주에 존재하는 것으로서 현대우주과학기술로 명명백백히 밝혀지고 검증된 진실이다.
이처럼 지금도 우주에서는 수소가 폭발적으로 생성되며, 지금의 우주질량은 유럽우주국에 의해 발표된 초기우주에 비해 수천억의 수천억 배 이상으로 엄청나게 많아졌다.
우주의 4%를 차지하는 일반물질에서 우주의 23%를 차지하는 암흑물질이 생겨났다는 것은 상식적으로 말이 안 된다. 하지만 우주의 73%를 차지하는 암흑에너지에서 우주의 23%를 차지하는 암흑물질이 생겨났다는 것은 보편적 상식에 부합된다.
그리고 그 암흑물질에서 수소가 생성된다.
이는 블랙홀을 통해서도 입증된다.
입자가속기의 진공에 에너지를 제공하면, 그 에너지 값에 따른 질량을 가진 입자들이 생겨나는 것을 확인할 수 있다. 진공을 이루고 있는 원-입자들이 그 에너지 값에 따라 결합하고 더하여지며 나타나는 현상이다. 이와 마찬가지로 우주진공에도 에너지를 제공하면, 그 에너지 값에 따른 물질-입자들이 생겨난다.

위 사진은 허블우주망원경이 M87 은하 중심의 블랙홀에서 방출된 고-에너지물질이, 우리은하의 직경 길이보다 몇 배나 더 먼 40~50만 광년의 거리까지 분출되는 장면을 포착한 것이다. 이처럼 은하를 탈출한 고-에너지물질은 우주진공에 에너지를 제공하게 되는데, 그 우주진공을 이루고 있는 원-입자들을 결합하여 암흑물질로 변환시키고, 그 암흑물질에서 생겨난 기본입자들이 결합하여 수소를 생성한다.

위 이미지는 블랙홀에서 방출된 고-에너지에 의해 우주진공에서 수소가 생성되는 모습을 상징적으로 보여주고 있다. 입자가속기의 진공에서 인공적으로 가공된 양성자 하나를 충돌-방전시켜도, 그때 발생하는 에너지에 의해 원자핵보다 100배 이상 큰 입자들이 생겨난다. 하지만 블랙홀에서 방출된 고-에너지는 우주진공에서 수소를 생성하는 것이다. 이 수소가스에서 방출되는 전자기파는 주변의 우주진공에 에너지를 제공하게 되는데, 그 우주진공을 이루고 있는 원-입자들을 결합하여 암흑물질로 변환시키고, 그 암흑물질에서 생겨난 기본입자들이 결합하여 수소를 생성한다.
그렇게 수소가스가 확장될수록 암흑물질도 계속 확장된다. 그 천체들에서 방출되는 에너지는 주변의 우주진공을 이루고 있는 원-입자들을 결합시켜 암흑물질로 변환시키기 때문이다. 수소가스로 이루어진 성운이 확장될수록 중력도 커진다. 그리고 그 중력이 몰리며 집중되는 성운의 중심부에서 별이 잉태된다.

위 이미지는 블랙홀에서 방출된 고-에너지에 의해 생성된 수소가스에서 별이 생성되는 모습을 상징적으로 보여주고 있다. 이 천체는 스스로 수소를 생성하며 계속 성장한다.
만약 태양과 같은 별도 이처럼 수소를 생성할 수 있다면, 이미 블랙홀이 되어 지구를 삼켜버렸을 것이다. 하지만 다행이도 은하의 궤도 안에 구속된 별은 수소를 생성할 수 없다. 반면에 은하의 궤도 밖에 생겨난 거대질량의 항성은 스스로 수소를 생성하며 초신성으로 진화할 수 있다.
그 초신성이 폭발한 잔해의 성운에서도 많은 별들이 탄생하는데, 그 중에 질량이 큰 별은 초신성으로 성장할 수 있다. 그러나 질량이 작은 별은 스스로 수소를 생성할 수 있는 에너지가 없으므로 초신성으로 진화할 수 없다.
2005년 6월28일 한국의 천문학자들은 은하와 은하 사이의 우주공간에서 새로운 별 탄생 영역을 발견해 국제학계의 주목을 받았다. 당시 세종대 천문우주학과 김성은 교수는 “우리은하에 이웃하는 대마젤렌은하와 소마젤란은하 사이에 위치한 수소원자구름에서 별이 탄생하고 있는 영역을 세계 최초로 발견했다”고 밝혔다.
그 후 은하 밖의 우주공간에서 많은 초신성들이 발견되었다.
나사(NASA) 고다드우주비행센터의 천체물리학자 하비 모슬리(Harvey Moseley)는 “우주에 있는 모든 별들 중 절반이 은하 경계 바깥에 숨어있다는 것을 추정할 수 있다”고 말했다. 최근 연구 결과에 의하면 은하 밖의 별의 수는 생각보다 많아서, 우주에 존재하는 별 전체의 15%까지 차지할 수 있다고 한다. 하지만 그 별들은 관측이 어려워서 초신성 폭발을 일으키기 전까지는 알아내기 힘들다.

위 사진(허블망원경)은 은하 밖에서 폭발하는 초신성의 모습이다.

위 이미지는 블랙홀에서 방출된 고-에너지로부터 초신성이 탄생하고 폭발하기까지의 과정을 상징적으로 보여주고 있다. 이처럼 블랙홀에서 방출된 에너지-물질에 의해 은하 밖 우주공간에 생겨난 성운은, 크고 작은 별과 행성들을 탄생시키며 은하로 성장하게 된다.

천문학자들은 아레시보 전파망원경으로 포착한 영상자료를 조사해, 위 활동은하(Cyg-A)가 뿜어내는 강한 제트흐름의 실체를 관측했다. 위 영상에서 보듯이 활동은하의 핵-블랙홀에서 양쪽으로 가늘게 방출된 제트가 엄청난 규모로 팽창하며 확장되었다.
스스로 암흑물질-수소를 생성하며 확장되고 있는 것이다.
확장된 천체에서 붉은 색은 고온이 발생하는 지역이다.
즉, 중력에 의해 밀도가 상승하며 고온이 발생하는 것이다.
이제 그곳에서 새로운 별과 행성들이 잉태하고 탄생하며 신생은하를 형성하게 될 것이다.
분명 초기우주에 존재한 물질의 질량은 지금의 우주에 비해 수천억의 수천억 배 이하로 매우 작았다. 그래서 그 물질로는 우리은하 중심핵에 있는 거대질량의 블랙홀 하나조차도 만들 수 없었다. 하지만 지금 우리은하에는 약 1억 개의 블랙홀들이 있다. 또 우주에는 이런 은하가 1천억 개 이상이 존재한다. 은하 하나도 형성할 수 없었고, 우리은하 중심핵에 있는 거대질량의 블랙홀 하나조차도 만들 수 없었던 초기우주에서 이처럼 많은 블랙홀과 은하들이 생겨난 것이다. 아울러 블랙홀은 그 천체들을 탄생시킨 우주의 자궁이다.
지금도 우주에서는 많은 별들이 생성될 뿐만 아니라, 새로운 신생은하들도 계속 생겨나고 있다. 아울러 우주에는 아주 작은 은하와 매우 큰 은하들이 존재하는데, 이 은하들의 주위에는 은하의 질량보다 10배 정도 많은 암흑물질이 감싸고 있다.
아주 작은 은하도 10배 정도의 암흑물질에 둘러 싸여 있고, 매우 큰 은하도 10배 정도의 암흑물질에 둘러싸여 있는 것이다. 이는 은하의 성장과 함께 암흑물질도 확장되었다는 물리적 증거가 된다.

위 은하들은 계속 성장하며 커지고 있는데, 이 은하들이 확장되는 만큼, 이 은하들을  둘러싸고 있는 암흑물질의 양도 확장되고 있는 것이다. 우주에는 이런 은하들이 1천억 개 이상이 존재하는데, 이 은하들의 주변에 10배 이상의 암흑물질이 둘러싸고 있는 것이다.
이 은하들에서 방출하는 전자기파는 주변의 우주진공에 에너지를 제공하고, 그 진공을 이루는 원-입자들이 결합하여 암흑물질로 변환되며, 또 그 암흑물질입자들이 결합하여 수소로 생성된다. 때문에 별들이 생성되는 은하의 주변에는 수소가 계속 확산되고 있다. 
최초로 생성되는 수소는 전기적으로 중성이므로, 이 수소를 중성수소라고 한다.
아울러 은하에서 별의 생성은 이 중성수소의 양에 비례하여 이루어진다.
현대우주과학기술로 밝혀진 이 진실을 물리적 증거로 반론할 수 있는가?